DE3446960A1 - METHOD AND DEVICE FOR GUIDING ARC WELDING HEADS OF MECHANIZED WELDING SYSTEMS - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR GUIDING ARC WELDING HEADS OF MECHANIZED WELDING SYSTEMSInfo
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- DE3446960A1 DE3446960A1 DE19843446960 DE3446960A DE3446960A1 DE 3446960 A1 DE3446960 A1 DE 3446960A1 DE 19843446960 DE19843446960 DE 19843446960 DE 3446960 A DE3446960 A DE 3446960A DE 3446960 A1 DE3446960 A1 DE 3446960A1
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Abstract
Description
Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA 84 P 3 5 3 5 DE Siemens Aktiengesellschaft Our symbol Berlin and Munich VPA 84 P 3 5 3 5 DE
Verfahren und Vorrichtung zur Führung von Lichtbogenschweißköpfen mechanisierter Schweißanlagen Method and device for guiding arc welding heads in mechanized welding systems
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Führung von Lichtbogenschweißköpfen mechanisierter Schweißanlagen, bei denen der Schweißkopf während des Schweißens von einer Pendelfunktion gesteuerte Bewegungen quer zur Schweißnaht ausführt und in seiner Höhen- und Seitenlage relativ zur Schweißnaht einstellbar ist, wobei die augenblickliche Höhen- und Seitenposition des Schweißkopfes in Abhängigkeit von aus Schweißstrom und/ oder Schweißspannung hergeleiteten Regelgrössen nachführbar sind. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Antrieb für den Schweißkopf und zugehörigen Stell- und Regelgliedern, die eine Höhenverschiebung des Schweißkopfes einerseits und dessen Querverschiebung in bezug auf die Schweißnaht andererseits bewirken.The invention relates to a method for guiding mechanized arc welding heads Welding systems in which the welding head is controlled by a pendulum function during welding runs transversely to the weld seam and can be adjusted in its height and lateral position relative to the weld seam, where the current vertical and lateral position of the welding head as a function of the welding current and / or welding voltage derived control variables can be tracked. In addition, the invention also relates on the associated device for carrying out the method, with a drive for the welding head and associated actuators and regulating elements that adjust the height of the welding head on the one hand and its On the other hand, cause transverse displacement with respect to the weld seam.
in der Schweißtechnik wird seit einiger Zeit angestrebt, das Schweißen von Werkstücken automatisiert, d.h. beispielsweise unter Einsatz von Robotern, durchzuführen. Dafür sind geeignete Betriebsmittel und Verfahren zur Steuerung dieser Betriebsmittel notwendig.In welding technology, efforts have been made for some time the welding of workpieces can be carried out automatically, i.e. using robots, for example. Suitable equipment and procedures for controlling this equipment are required for this.
Angestrebt wird dabei eine selbständige" Höhen- und Seiten-Nachführung des Schweißkopfes entlang einer Schweißnahtfuge, die von einer vorgegebenen Bahn abweicht, wobei die Schweißnahtfuge beispielsweise einen V- oder U-förmigen Querschnitt haben kann.The aim here is an independent "height and side tracking of the welding head along a Weld seam that deviates from a predetermined path, the weld seam, for example, a Can have a V- or U-shaped cross-section.
Wht 2 Koe / 5.12.1984Wht 2 Koe / December 5, 1984
·· β c-·· β c-
-*- VPA M P 3 5 3 5 OE- * - VPA M P 3 5 3 5 OE
Es ist bereits bekannt, beim Lichtbogenschweißen den sich zwischen Werkstück und Schweißkopf ausbildenden Lichtbogen als Sensor zum automatischen Nachführen des Schweißkopfes entlang einer Nahtfuge zu verwenden. Hierzu sind entsprechende Betriebssysteme auf dem Markt.It is already known that during arc welding, that which forms between the workpiece and the welding head To use the arc as a sensor for the automatic tracking of the welding head along a seam. Corresponding operating systems are available on the market for this purpose.
Insbesondere für das MIG/MAG(Metallinertgas/Metallaktivgas)-Schweißen wird bereits vorgeschlagen, die Schweißstromanderungen aus dem Lichtbogen bei quer zur Schweißrichtung mechanisch oder magnetisch pendelndem Lichtbogen für die Höhen- und Seitennachführung des Schweißkopfes auszuwerten. Die bekannten Systeme sind jedoch mit Problemen im sogenannten Kurzlichtbogen- und auch im sogenannten Langlichtbogenbereich behaftet; beim sogenannten Impulslichtbogenverfahren sind die bekannten Systeme sogar unbrauchbar. Für das WIG(Wolframinertgas)-Schweißen sind derartige Systeme nicht vorgesehen, weil dort im allgemeinen mit eingeprägtem Konstantstrom gearbeitet wird.Especially for MIG / MAG (metal inert gas / metal active gas) welding it is already proposed that the welding current changes from the arc at transverse to Welding direction mechanically or magnetically oscillating arc for height and side tracking of the To evaluate the welding head. The known systems are, however, with problems in the so-called short arc and also affected in the so-called long arc area; in the so-called pulsed arc process are the known ones Systems even unusable. Such systems are not intended for TIG (tungsten inert gas) welding, because there is generally worked with an impressed constant current.
Aus der DE-PS 30 10 422 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem im Fugenflankenbereich die Höhenposition des Schweißbrenners konstant gehalten wird und bei dem zur Bestimmung des Zeitpunktes der Umsteuerung des Schweißkopfes der Mittelwert des IST-Stromes bzw. der IST-Spannung nach der Zeit differenziert wird, wobei dieser Wert mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Dabei wird bereits auch Bezug genommen auf das in der DE-OS 26 45 788 beschriebene Verfahren zur Führung eines Schweißbrenners, bei dem die Höhenabtastung und die Erfassung der Fugenflanke zeitlich voneinander getrennt erfolgt. Speziell dieses Verfahren arbeitet mit einer fest eingestellten Pendelamplitude, wobei aus demFrom DE-PS 30 10 422 is already a method of The type mentioned at the outset is known in which the height position of the welding torch is constant in the joint flank area is held and at which the mean value is used to determine the point in time at which the welding head is reversed of the ACTUAL current or the ACTUAL voltage is differentiated according to time, this value with a specified setpoint is compared. Reference is also made to that in the DE-OS 26 45 788 described method for guiding a welding torch, in which the height scanning and the joint flanks are recorded separately from each other. This process in particular works with a fixed pendulum amplitude, whereby from the
-?- VPA 8^ P 3 5 3 5 DE-? - VPA 8 ^ P 3 5 3 5 DE
Vergleich der Stromwerte an einander gegenüberliegenden Umkehrpunkten die Seitenführung des Brenners errechnet wird.Comparison of the current values at opposite reversal points, the lateral guidance of the burner is calculated will.
Die bekannten Verfahren lassen sich nur für Spezialfälle einsetzen und zeigen bei einem universellen Betrieb verschiedene Mangel. Damit ist aber die Anwendbarkeit der bekannten Systeme eingeschränkt, da sie nicht im gesamten Bereich der anwendungstechnisch relevanten Schweißparameter, wie Schweißstrom und/oder Spannung sowie vorgebbare Impulsverhältnisse, arbeiten.The known methods can only be used for special cases use and show various deficiencies in a universal operation. But that is the applicability of the known systems, since they are not relevant in the entire field of application technology Welding parameters such as welding current and / or voltage as well as predefinable pulse ratios work.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren zur Führung von Lichtbogenschweißköpfen mechanisierter Schweißanlagen und eine zugehörige Vorrichtung anzuge- ■ ben, welche für die verschiedenen Lichtbogenschweißverfahren verwendbar sind und sich insbesondere auch im Impulslichtbogenbetrieb bewähren.The object of the invention is therefore to provide mechanized methods for guiding arc welding heads Welding systems and an associated device must be specified which ■ are used for the various arc welding processes can be used and also prove themselves particularly in pulsed arc operation.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Werte von Schweißstrom und/oder Schweißspannung in vorgebbaren Zeitfenstern erfaßt werden, wobei die Zeitfenster um den Wert der Phasenverschiebung des Strom- und/oder Spannungssignals gegenüber der mechanischen Pendelfunktion des Schweißkopfes versetzt sind. Dabei dient vorzugsweise ein erstes Zeitfenster zur Ermittlung einer Stellgröße für die Höhenverschiebung des Schweißkopfes und ein zweites Zeitfenster zur Ermittlung einer Stellgröße für die Querverschiebung des Schweißkopfes.In a method of the type mentioned at the outset, the object is achieved in that the values of welding current and / or welding voltage are recorded in predeterminable time windows, the time window around the value the phase shift of the current and / or voltage signal compared to the mechanical pendulum function of the The welding head are offset. A first time window is preferably used to determine a manipulated variable for the height shift of the welding head and a second time window to determine a manipulated variable for the transverse displacement of the welding head.
Bei der zugehörigen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Schweißkopf und zugehörigen Stell- und Regelgliedern, die eine Höhenverschiebung des Schweißkopfes einerseits und dessen SeitenverschiebungIn the case of the associated device for carrying out the method with a welding head and associated actuating and control elements that adjust the height of the welding head on the one hand and its lateral movement
-Jt- VPA 84 P 3 5 3 5 DE -Jt- VPA 84 P 3 5 3 5 DE
quer zur Schweißnaht andererseits bewirken, weist eine Signalaufbereitungs- und -auswerteeinheit wenigstens einen Eingang für Schweißstrom und Ausgänge für Steuersignale für den Höhenmotor einerseits sowie den Seitenmotor andererseits auf. Es kann einerseits ein zweiter Eingang für das Signal der mechanischen Pendelfunktion zu deren Vorzeichenerkennung vorhanden sein. Andererseits kann die Signalaufbereitungs- und -auswerteeinheit Mittel zur Erzeugung der Pendelfunktion aufweisen. Die Signalaufbereitungs-und -auswerteeinheit umfaßt dabei Speicher und Vergleichsglieder und enthält vorzugsweise einen Mikroprozessor.On the other hand, cause transverse to the weld seam, a signal processing and evaluation unit has at least an input for welding current and outputs for control signals for the elevation motor on the one hand and the side motor on the other hand. On the one hand, there can be a second input for the signal of the mechanical pendulum function be available for their sign recognition. On the other hand, the signal processing and evaluation unit Have means for generating the pendulum function. The signal processing and evaluation unit includes thereby memory and comparison elements and preferably contains a microprocessor.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann mit konstanter Pendelbreite und -geschwindigkeit sowie konstanten Verweilzeiten an den Umkehrpunkten des Schweißkopfes gearbeitet werden, so daß von einer stabilen Pendelfunktion quer zur Nahtfuge ausgegangen werden kann. Es kann aber auch die Pendelfunktion durch Auswertung der Strom- und/oder Spannungssignale selbsttätig an die aktuelle Fugenbreite der Schweißnaht angepaßt werden. In jedem Fall bewirkt das Pendeln über der Fuge eine periodische Lichtbogen-Längenänderung und damit bei nahezu konstanter Quellenspannung eine periodische Stromänderung. Berücksichtigt wird nun aber, daß bei den periodischen Schweißstromänderungen gegenüber der mechanischen Pendellage des Schweißkopfes eine Phasenverschiebung auftreten kann. Diese Phasenverschiebung wird bei der Erfindung zur Ableitung der Regelgrößen erstmalig mit einbezogen.In the method according to the invention can with constant Pendulum width and speed as well as constant dwell times at the reversal points of the welding head be worked so that a stable pendulum function across the seam can be assumed. It however, the pendulum function can also be automatically transmitted to the by evaluating the current and / or voltage signals current joint width of the weld seam. In any case, the pendulum over the joint causes a periodic arc length change and thus a periodic change with an almost constant source voltage Current change. It is now taken into account, however, that with the periodic welding current changes compared to the mechanical pendulum position of the welding head a phase shift can occur. This phase shift is included for the first time in the invention for deriving the controlled variables.
Der Erfindung lag nämlich die Erkenntnis zugrunde, daß insbesondere bei niedrigen Schweißströmen die Phasenverschiebung zwischen Schweißstromänderungen und mechanischer Pendellage überproportional zunimmt, weshalbThe invention was based on the knowledge that the phase shift, particularly at low welding currents increases disproportionately between welding current changes and mechanical pendulum position, which is why
-#- VPA Bh P 3 5 3 5 DE- # - VPA Bh P 3 5 3 5 DE
die bekannten Systeme zum Teil versagen müssen. Auch aus diesem Grunde waren die bisher bekannten Verfahren zum Nachführen des Schweißkopfes beim Impulslichtbogenschweißen nicht befriedigend einsetzbar. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet die Signalaufbereitungs- und -auswerteeinheit mit einer Demodulation der Meßwerte, wodurch auch im Bereich niedriger Schweißströme und insbesondere auch beim Impulslichtbogen auswertbare Signale erzeugt werden. Durch einen einstellbaren Phasenschieber können die Phasenverschiebung zwischen Strom- und/oder Spannungssignal und mechanischer Pendellage kompensiert werden, so daß eine eindeutige Zuordnung des Meßsignals zur Stellung des Schweißkopfes in der Nahtfuge erreicht wird.the known systems have to fail in some cases. For this reason, too, were the previously known methods Cannot be used satisfactorily for tracking the welding head during pulsed arc welding. In the inventive Device, the signal processing and evaluation unit works with demodulation the measured values, thereby also in the range of low welding currents and especially also in the case of pulsed arcs evaluable signals are generated. The phase shift can be adjusted using an adjustable phase shifter between current and / or voltage signal and mechanical pendulum position are compensated, so that a clear Assignment of the measurement signal to the position of the welding head in the seam is achieved.
Die Erfindung ist ohne weiteres für das MIG/MAG-Schweissen anwendbar, während beim WIG-Impulsschweißen eine zusätzliche Triggerung zwischen Pendel- und Stromsignal zur Erzeugung einer festen Phasenbeziehung erforderlich ist.The invention is readily applicable to MIG / MAG welding applicable, while with TIG pulse welding a additional triggering between the pendulum and current signal is required to generate a fixed phase relationship is.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh-Further advantages and details of the invention emerge from the following description of execution
rungsbeispielen anhand der Zeichnung. 25examples based on the drawing. 25th
Es zeigenShow it
Figur 1 eine Skizze zur Erläuterung des neuen Verfahrens am Beispiel des MAG-Schweißens sowieFigure 1 is a sketch to explain the new method using the example of MAG welding and
Figur 2 und 3 blockschaltmäßig eine zur Realisierung dieses Verfahrens verwendbare Schaltung bei vorgegebener konstanter Pendel funktion und Schweißgeschwindigkeit.Figure 2 and 3 block-based one for implementation this method usable circuit with a given constant pendulum function and Welding speed.
In Figur 1 ist ein Werkstück 1 gezeigt, das aus zwei Teilstücken 2 und 3 zusammengeschweißt werden soll.In FIG. 1, a workpiece 1 is shown which is to be welded together from two sections 2 and 3.
.* .:..:: * :..:"Γ3Α46960. *.: .. :: * : .. : "Γ3Α46960
-4- VPA 84 P 3 5 3 5 DE -4- VPA 84 P 3 5 3 5 DE
Zwischen den Teilstücken 2 und 3 ist eine Schweißfuge 4 mit V-Profil gebildet. Über der Schweißfuge 4 ist ein Schweißkopf 5 angeordnet, der in Figur 1 in drei verschiedenen Lagen angedeutet ist. 5A weld joint 4 with a V-profile is formed between the sections 2 and 3. Above the weld 4 is a Arranged welding head 5, which is indicated in Figure 1 in three different positions. 5
Der Schweißkopf 5 ist in vorgegebener Höhe gegenüber der Schweißfuge angebracht und führt bei vorgegebener Pendelfunktion eine konstante mechanische Pendelbewegung über die Strecke B aus. In der Randlage hat der Schweißkopf einen Höhenabstand L^, in der Mittellage einen Höhenabstand L« von der Flanke der SchweißfugeThe welding head 5 is attached at a predetermined height opposite the welding joint and leads at a predetermined height Pendulum function produces a constant mechanical pendulum movement over distance B. In the outskirts he has Weld head a height distance L ^, in the central position a height distance L «from the flank of the weld joint
Eine solche Anordnung wird für das Metallschutzgasschweißen mit abschmelzender Elektrode verwendet. Dabei kann hinsichtlich Prozeßführung sowohl mit Kurz-, Lang- und Sprühlichtbogen, aber auch insbesondere im Impulslichtbogenbetrieb, bei dem einem Kurzlichtbogen ein Sprühlichtbogen überlagert ist, gearbeitet werden.Such an arrangement is used for gas metal arc welding with a consumable electrode. Included can with regard to process control both with short, long and spray arcs, but also especially in pulsed arc operation, in which a short arc is superimposed on a spray arc.
Beim Pendeln um die Fugenmitte mit vorgegebener konstanter Pendelbreite B und -geschwindigkeit ν sowie vorgegebenen konstanten Verweilzeiten f an den Umkehrpunkten führt der Schweißkopf 5· eine periodische Bahnkurve gemäß einer Trapezfunktion aus, welche die Amplitude A und die Periode T hat. Zugehörige Schweißstrom- bzw. Schweiß-Spannungsfunktionen sind demzufolge ebenfalls im wesentlichen periodisch. Eine solche Meßkurve I=f(t) ist in Fig. 1 mit 7 bezeichnet. Im Rahmen der vorgenommenen Untersuchungen wurde nun aber eine Phasenverschiebung tf zwischen der Schweißstromfunktion I=f(t) und der mechanischen Pendelfunktion 6 festgestellt, die so erheblich sein kann, daß ohne deren Berücksichtigung eine Seitenregelung des Schweißkopfes 5 nicht möglich ist.When swinging around the center of the joint with a given constant swing width B and speed ν as well as given With constant dwell times f at the reversal points, the welding head 5 follows a periodic trajectory according to a trapezoidal function, which has the amplitude A and the period T. Associated welding current resp. Welding voltage functions are therefore also essentially periodic. Such a measurement curve I = f (t) is denoted by 7 in FIG. 1. As part of the investigations carried out, however, a phase shift has now been established tf between the welding current function I = f (t) and the mechanical pendulum function 6 found, which can be so significant that without considering a Lateral control of the welding head 5 is not possible.
_/_ VPA 84 P 3 5 3 5 DE_ / _ VPA 84 P 3 5 3 5 DE
Beim nunmehr vorgeschlagenen Verfahren werden die Werte von Schweißstrom und/oder Schweißspannung in vorgebbaren Zeitfenstern 8 und 9 erfaßt, die jeweils um den Wert der festgestellten Phasenverschiebung ^f verschoben sind. Dabei dient ein erstes Zeitfenster 8 zur Ermittlung einer Stellgröße für die Höhenverstellung des Schweißkopfes. Dieses erste Zeitfenster 8 ist ein Intervall der Länge t^, welche höchstens der Pendelperiode T entspricht. In diesem Zeitfenster werden die gemittelten Werte oder der Maximal- bzw. Minimalwert von Schweißstrom und/oder -spannung erfaßt und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, woraus ein Stellwert zur Höhennachführung ermittelt wird. Das erste Zeitfenster kann auch ein Intervall ti von erheblich geringerer Länge als der halben Pendelperiode T/2 sein.In the method now proposed, the values of the welding current and / or welding voltage are recorded in predeterminable time windows 8 and 9, each of which is shifted by the value of the determined phase shift ^ f. A first time window 8 is used to determine a manipulated variable for the height adjustment of the welding head. This first time window 8 is an interval of length t ^, which corresponds to the pendulum period T at most. In this time window, the averaged values or the maximum or minimum value of the welding current and / or voltage are recorded and compared with a predetermined nominal value, from which a control value for height adjustment is determined. The first time window can also be an interval ti of considerably less length than half the pendulum period T / 2.
Ganz entsprechend dient ein zweites Zeitfenster 9 zur Ermittlung einer Stellgröße für die Querverschiebung des Schweißkopfes. Dieses zweite Zeitfenster 9 ist ein Intervall der Länge t2 von höchstens einer halben Pendelperiode T/2, wobei in diesem Zeitfenster wiederum jeweils die gemittelten Werte oder der Maximalwert bzw. Minimalwert von Schweißstrom und/oder -spannung gemessen werden. In diesem Fall wird der Wert aber mit dem Vorzeichen eines von der betreffenden Pendelfunktion abhängigen Signals korreliert, woraus nach Richtung und Betrag ein Stellgroßensignal für die Querverschiebung des Schweißkopfes 5 erzeugt wird.Correspondingly, a second time window 9 is used to determine a manipulated variable for the transverse displacement of the welding head. This second time window 9 is an interval of length t 2 of at most half a pendulum period T / 2, the averaged values or the maximum value or minimum value of the welding current and / or voltage being measured in this time window. In this case, however, the value is correlated with the sign of a signal dependent on the pendulum function in question, from which a manipulated variable signal for the transverse displacement of the welding head 5 is generated according to direction and magnitude.
Bei der Erfassung der Meßwerte im Signalfenster 8 und mit Länge t·^ bzw. t2 empfiehlt es sich, jeweils wenigstens einen der vorangehenden Meßzyklen erhaltenen Werte zwischenzuspeichern und den aktuellen Meßwert mit dem gespeicherten Wert auf Plausibilität zu überprüfen, so daß die Stellgrößen nur bei Vorliegen von wenigstens zwei konsistenten Meßwerten erzeugt wird.When recording the measured values in the signal window 8 and with length t ^ or t 2 , it is advisable to temporarily store at least one of the previous measuring cycles and to check the current measured value with the stored value for plausibility so that the manipulated variables can only be used with Presence of at least two consistent measured values is generated.
Al -#- VPA 84 P 3 5 3 5 OE Al - # - VPA 84 P 3 5 3 5 OE
In Figur 2 gelangt das Schweißstromsignal I über eine Eingangseinheit 11 auf ein Filter 12 und von dort über einen Trennverstärker 13 auf eine Einheit 14 zur Bildung einer Sollwert/Istwert-Differenz. Dieser Einheit ist eine Eingabeeinheit 15 für die Sollwerteingabe zugeordnet und ein A/D-Wandler 16 nachgeschaltet. Die Sollwert-Istwertdifferenz des Stromes liegt dann als Digitalsignal vor und gelangt zum ersten Eingang 21In Figure 2, the welding current signal I passes through a Input unit 11 to a filter 12 and from there via an isolation amplifier 13 to a unit 14 for formation a setpoint / actual value difference. This unit an input unit 15 is assigned for the setpoint input and an A / D converter 16 is connected downstream. the The setpoint-actual value difference of the current is then available as a digital signal and reaches the first input 21
einer Signalaufbereitungs- und -auswerteeinheit 20. 10a signal processing and evaluation unit 20. 10
Auf den zweiten Eingang 22 der Signalauswerteeinheit gelangt das Vorzeichensignal der Pendel frequenz. Dazu wird die Pendelfrequenz über ein Filter 17, einen Trennverstärker 18 auf einen Schwellwertschalter 19 gel-5 geben, von dem ein eindeutiges Vorzeichensignal erzeugt wird.The sign signal of the pendulum frequency arrives at the second input 22 of the signal evaluation unit. For this purpose the chopper frequency across a filter 17, a buffer amplifier 18 to a threshold switch 19 gel 5 will give a clear sign of the signal is generated.
Als Filter 12 und 17 werden gedämpfte LC-Filter verwendet, die für den vorliegenden Anwendungsfall einen besonders vorteilhaften Frequenzgang aufweisen.Attenuated LC filters are used as filters 12 and 17, which have a particularly advantageous frequency response for the present application.
Die Signalauswerteeinheit 20 hat Ausgänge 26 und 27, von denen der eine den (nicht dargestellten) Seitenmotor und der andere den (nicht dargestellten) Höhenmotor des Schweißkopfes ansteuert. Die Ausgänge 26 und liefern also unmittelbar die jeweils aufbereiteten Stellgrößen für die Verstelleinheiten.The signal evaluation unit 20 has outputs 26 and 27, one of which is the side motor (not shown) and the other controls the elevation motor (not shown) of the welding head. The outputs 26 and thus immediately supply the respectively processed manipulated variables for the adjustment units.
Die Signalaufbereitungs- und -auswerteeinheit 20 kann einen Mikroprozessor umfassen, der weitgehend software-mäßig gesteuert ist. Sie kann aber auch aus einzelnen Schaltgliedern aufgebaut sein. In Figur 3 beinhaltet eine entsprechende Einheit 200 Schaltglieder 201 bis 233, die nachfolgend in ihrem Funktions-Zusammenhang beschrieben werden:The signal processing and evaluation unit 20 can comprise a microprocessor, which is largely software-based is controlled. But it can also be made up of individual switching elements. In Figure 3 contains a corresponding unit 200 switching elements 201 to 233, the following in their functional context to be discribed:
Von einem Taktgeber 219 gesteuert werden laufend in Addierern 201 und 221 die Soll-Istwert-Abweichungen des Stromes addiert. Die Zahl der Messungen wird in Zählern 207 und 224 gezählt. Beim Vorzeichenwechsel wird eine Verzögerungsstufe 220 gestartet. Diese zählt mit den vom Taktgeber 219 gelieferten Takt, bis der in einer Eingabeeinheit 218 eingestellte Wert für die Phasenverzögerung erreicht ist. Die Einheit 220 steuert die Einheiten 201 und 207 mit jedem nach diesem Zeitintervall abgegebenen Impuls so an, daß aus der Summe der Momentanwerte in der Einheit 201 und dem Zählerstand der Zähler 207 im Mittelwertspeicher 202 der Mittelwert des Stromes für eine Halbwelle der Pendelfrequenz gebildet wird. Dies entspricht dem Maximumwert.The target / actual value deviations of the are continuously controlled by a clock 219 in adders 201 and 221 Current added. The number of measurements is counted in counters 207 and 224. When the sign changes, a Delay stage 220 started. This counts with the clock supplied by the clock generator 219 until the in one Input unit 218 set value for the phase delay is reached. The unit 220 controls the Units 201 and 207 with each pulse emitted after this time interval so that from the sum of the Instantaneous values in the unit 201 and the count of the counters 207 in the mean value memory 202 the mean value of the current is formed for a half-wave of the pendulum frequency. This corresponds to the maximum value.
Ein zentrales Kooordinierungsnetzwerk 217 liefert für Maximum-Zuordner 203 und 213 die aus den Vorzeichen der Pendelfunktion gewonnene Information, um welches Maximum, d.h. rechtes oder linkes Maximum bezüglich der Schweißnaht fuge, es sich handelt. Dieser Wert gelangt in zugehörige Nennwertspeicher 208 oder 216. In Plausibilitäts-Kontrollstufen 205 oder 215 wird der aktuelle Wert jeweils mit alten, in Speichern 204 oder 214 abgelegten Werten verglichen. Ist die absolute Differenz größer als der in einer Eingabeeinheit 206 eingestellte Wert, so wird die weitere Verarbeitung durch eine Maximumdifferenzstufe 209 verhindert. Erst beim nachfolgenden Maximum der gleichen Seite wird dann von den Einheiten 205 oder 215 entschieden, welches der beiden vorher erfaßten Maxima verwendet wird.A central coordination network 217 supplies for maximum allocators 203 and 213 those from the signs of Information obtained from the pendulum function, by which maximum, i.e. right or left maximum with respect to the Weld seam, it is. This value is stored in the associated nominal value memory 208 or 216. In plausibility control levels 205 or 215 is the current value with the old one in memory 204 or 214 stored values compared. If the absolute difference is greater than that set in an input unit 206 Value, further processing is prevented by a maximum difference stage 209. Only when subsequent maximum of the same side is then decided by the units 205 or 215 which of the two previously recorded maxima is used.
Ist die Differenz zwischen altem und neuem Maximum kleiner als der in der Eingabeeinheit 206 eingestellte Wert, so werden die beiden in den Speichern 208 oder 216 stehenden Werte zur Ermittlung der Stellgröße inIf the difference between the old and the new maximum is less than that set in the input unit 206 Value, the two values in memory 208 or 216 are used to determine the manipulated variable in
ΪΒ »■ ♦ΪΒ »■ ♦
K * M Φ 11 * cK * M Φ 11 * c
-je- VPA 8VP 3 5 3 5 OE-each- VPA 8VP 3 5 3 5 OE
der Vergleichseinheit 209 verglichen. Der Absolutwert der Differenz beider Maxima wird in einer Schwellwert-Vergleichsstufe 210 darauf untersucht, ob er kleiner als die in einer Eingabeeinheit 211 eingestellte Schwelle ist. Ist letzteres der Fall, so erfolgt keine Ansteuerung eines dem Seitenmotor vorgeschalteten Stellgliedes 212. Ist dagegen die Differenz der Maxima größer als die Schwelle, wird diese zur Aussteuerung des Stellgliedes 212 benutzt, wobei sie noch um einen in einer Eingabeeinheit 233 einstellbaren Faktor verstärkt werden kann. Die so von der Stelleinheit 212 ermittelte Ausgangsgröße dient zur Verstellung des Seitenmotors.the comparison unit 209 compared. The absolute value of the difference between the two maxima is in a threshold value comparison stage 210 examines whether it is smaller than that set in an input unit 211 Threshold is. If the latter is the case, there is no activation of a motor connected upstream of the side motor Actuator 212. If, on the other hand, the difference between the maxima is greater than the threshold, this is used for modulation of the actuator 212 is used, whereby it is further amplified by a factor that can be set in an input unit 233 can be. The output variable determined in this way by the setting unit 212 is used to adjust the Side motor.
Jeder zweite Impuls der Verzögerungsstufe 220 veranlaßt eine Mittelwertbildung aus den in den Speichen 221 und 224 stehenden Werten in einer nachfolgenden Einheit zur Mittelwertbildung 225. Dieser Mittelwert ist der über eine gesamte Periode der Pendelfrequenz gemessene Strommittelwert, der zur Ermittlung der Stellgrößen weiterverarbeitet wird.Every second pulse of the delay stage 220 causes a mean value to be formed from the values in the spokes 221 and 224 standing values in a subsequent unit for averaging 225. This mean value is the above mean current value measured over an entire period of the pendulum frequency, which is further processed to determine the manipulated variables.
Von der Verzögerungseinheit 220 gesteuert veranlaßt das zentrale Koordinierungsnetzwerk 217 eine Einheit 226 zur Speicherung des neuen Wertes in der Speichereinheit 222 und einen Plausibilitätsvergleich mit dem in einer Einheit 223 gespeicherten alten Wert und der zulässigen Differenz aus einer Einstelleinheit 231 in der Vergleichseinheit 227. Die Signalverarbeitung erfolgt entsprechend dem beschriebenen Verfahren zur Ermittlung der Maxima. In der Vergleichseinheit 228 erfolgt entsprechend ein Vergleich des Periodenmittelwertes mit einer in einer Eingabeeinheit 230 vorgegebenen Mittelwertschwelle. Ist dieser Wert grosser als der vorgesehene Wert, so wird das Signal in einer Multiplika-Controlled by the delay unit 220, the central coordination network 217 initiates a unit 226 for storing the new value in the memory unit 222 and a plausibility comparison with that in a Unit 223 stored old value and the permissible difference from a setting unit 231 in the comparison unit 227. The signal processing takes place in accordance with the described method for determination the maxima. The comparison unit 228 compares the mean value for the period with a mean value threshold specified in an input unit 230. If this value is greater than the intended one Value, the signal is expressed in a multiplication
-H- VPA 84 P 3 5 3 5 DE-H- VPA 84 P 3 5 3 5 DE
tionseinheit 229 mit einer in einer Eingabeeinheit 232 eingestellten Verstärkung multipliziert und zur Ansteuerung des Höhenmotors verwendet.tion unit 229 multiplied by a gain set in an input unit 232 and used for control of the altitude motor is used.
Bei der beschriebenen Schaltung ist entscheidend, daß mit der Verzögerungseinheit 220 und zugehörigen Eingabeeinheit die Phasenverschiebung exakt eingestellt werden kann. Damit läßt sich das beschriebene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung vorteilhaft bei allen Lichtbogenschweißverfahren und insbesondere bei der dabei verwendeten Prozeßführung des Impulslichtbogens anwenden.In the circuit described, it is crucial that with the delay unit 220 and the associated input unit the phase shift can be set exactly. This allows the method described and the associated device advantageous in all arc welding processes and especially in the apply the process control of the pulsed arc used in this process.
In weiteren Ausführungsbeispielen lassen sich in die Signalaufbereitungs- und -Verarbeitungseinheit 20 bzw. 200 auch Mittel für eine selbsttätige Erfassung der Phasenverschiebung integrieren. Weiterhin kann von dort auch das Signal für die mechanische Pendelfunktion erzeugt werden, so daß eine spezielle Vorzeichenerkennung nicht notwendig ist. Dabei können Pendelfunktion und Schweißgeschwindigkeit selbsttätig durch Auswertung des Strom- und/oder Spannungssignals an die jeweilige Fugenbreite der Schweißnaht angepaßt werden.In further exemplary embodiments, the signal conditioning and processing unit 20 or 200 also integrate means for automatic detection of the phase shift. You can continue from there the signal for the mechanical pendulum function can also be generated, so that a special sign recognition is not necessary. The pendulum function and welding speed can be set automatically by evaluating the Current and / or voltage signals can be adapted to the respective joint width of the weld seam.
16 Patentansprüche
3 Figuren16 claims
3 figures
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Claims (16)
-*#- VPA 84 P 3 5 3 5 DE 3
- * # - VPA 84 P 3 5 3 5 DE
10which cause a vertical displacement of the welding head on the one hand and its lateral displacement transversely to the weld seam on the other hand, characterized in that a signal processing and evaluation unit (20) has at least one input (21) for welding current and / or voltage and outputs (26, 27) for control signals for a height motor on the one hand and a side motor of the welding head on the other hand.
10
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalaufbereitungs- und -auswerteeinheit (20) Mittel zur Erkennung der Phasenverschiebung (vf) von Schweißstrom und/oder Spannung gegenüber der mechanischen Pendelfunktion zugeordnet sind.15. Device according to one of the preceding
Claims, characterized in that the signal processing and evaluation unit (20) is assigned means for recognizing the phase shift (vf) of the welding current and / or voltage with respect to the mechanical pendulum function.
gekennzeichnet , daß die Signalaufbereitungs- und -auswerteeinheit (20, 200) einen Mikroprozessor enthält.16. The device according to claim 9, characterized
characterized in that the signal processing and evaluation unit (20, 200) contains a microprocessor.
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